馬德堡半球實驗

馬德堡半球實驗

馬德堡半球(德語:Magdeburger Halbkugeln,英語:Magdeburg hemisphere),亦作馬格德堡半球,是1654年時,當時的馬德堡市長奧托·馮·格里克於神聖羅馬帝國的雷根斯堡(今德國雷根斯堡)進行的一項科學實驗,目的是證明大氣壓的存在。而此實驗也因格里克的職銜而被稱為“馬德堡半球”實驗。當年的進行實驗的兩個半球仍保存在慕尼黑的德意志博物館中。現實也有供教學用途的仿製品,用作示範氣壓的原理,它們的體積也比當年的半球小得多,把半球的空間抽真空,不需再用十多匹馬,有的只需四個人便可拉開。

基本介紹

  • 中文名:馬德堡半球實驗
  • 外文名:Magdeburger Halbkugeln(德)/Magdeburg hemisphere(英)
  • 實驗時間:1654.5.8
  • 實驗者:奧托·馮·格里克 
  • 實驗目的:證明大氣壓強存在並且很大
  • 實驗地點:雷根斯堡
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事件

原由

1634年,馬德堡市長奧托·馮·格里克聽到托里拆利的事,又聽說還有許多人不相信大氣壓強;還聽到有少數人在嘲笑托里拆利。因此,雖然遠離義大利的格里克在德國,但他很為托里拆利抱不平。
他匆匆忙忙找來玻璃管子和水銀,重新做托里拆利這個實驗,斷定這個實驗是準確無誤的;再將一個密封完好的木桶中的空氣抽走,木桶就“砰!”的一聲被大氣“壓”碎了!
有一天,他和助手做成兩個半球,直徑14英寸,約37厘米,並請來一大隊人馬,在市郊做起“大型實驗”.
這年5月8日,馬德堡市風和日麗,一大批人圍在實驗場上,熙熙攘攘十分熱鬧.有的支持格里克,希望實驗成功;有的斷言實驗會失敗;人們在議論著、在爭論著、在預言著;還有的人一邊在大街小巷裡往實驗場跑,一邊高聲大叫:“市長演馬戲了!市長演馬戲了———”
格里克和助手當眾把這個黃銅的半球殼中間墊上橡皮圈;再把兩個半球殼灌滿水後合在一起;然後把水全部抽出,使球內形成真空;最後,把氣嘴上的龍頭擰緊封閉.這時,周圍的大氣把兩個半球緊緊地壓在一起.
格里克一揮手,四個馬夫牽來十六匹高頭大馬,在球的兩邊各拴四匹.格里克一聲令下,四個馬夫揚鞭催馬、背道而拉!好像在“拔河”似的.
“加油!加油!”實驗場上黑壓壓的人群一邊整齊地喊著,一邊打著拍子.
馬德保半球實驗紀念郵票馬德保半球實驗紀念郵票
4個馬夫,8匹大馬,都搞得渾身是汗.但是,銅球仍是原封不動.格里克只好搖搖手暫停一下.然後,左右兩隊,人馬倍增.馬夫們喝了些水,擦擦頭額上的汗水,又在準備著第二次實驗.
格里克再一揮手,實驗場上更是熱鬧非常.16匹大馬,使勁拉,八個馬夫在大聲吆喊,揮鞭催馬……
馬德堡半球實物馬德堡半球實物
實驗場上的人群,更是伸長脖子,一個勁兒地看著,不時地發出“嘩!嘩!”的響聲.
突然,“啪!”的一聲巨響,銅球分開成原來的兩半,格里克舉起這兩個重重的半球自豪地向大家高聲宣告:
“先生們!女士們!市民們!你們該相信了吧!大氣壓是有的,大氣壓強是大得這樣厲害!這么驚人!……”

原理

實驗結束後,仍有些人不理解這兩個半球為什麼拉不開,七嘴八舌地問他,他又耐心地作著詳盡的解釋:“平時,我們將兩個半球緊密合攏,無須用力,就會分開.這是因為球內球外都有大氣壓力的作用;相互抵消平衡了.好像沒有大氣作用似的.今天,我把它抽成真空後,球內沒有向外的大氣壓力了,只有球外大氣緊緊地壓住這兩個半球……”.
即抽氣前,半球的外部壓力等於其內部壓力等於大氣壓。但抽氣後,半球外部壓力大於其內部壓力,並且半球內部為真空。就好像大氣壓“壓”住了兩個半球。所以這兩個半球必須用較大的力才能拉開。
通過這次“大型實驗”,人們都終於相信有真空;有大氣;大氣有壓力並且很驚人,但是,為了這次實驗,格里克市長竟花費了4千英鎊。

社會評價

今天,人們可以在慕尼黑的德意志博物館看到這個實驗的原始“設備”,也就是那兩個半球。世紀之交時,馬德堡市在當時的德國園林博覽會場地內建起了一座“千年塔”,裡面也放了兩個半球,以紀念格里克,不過,這兩個半球是複製品。
為了紀念這位市長,馬德堡市民在老市政廳旁的小廣場上豎起了他的雕像,還用他的名字來為年輕的馬德堡大學命名。

實驗者

奧托·馮·格里克(德語:Otto von Guericke,1602年11月20日~1686年5月11日).德國物理學家、政治家,出生在馬德堡貴族家庭,就讀於萊布尼茲萊頓大學。他曾在軍隊中以工程師身份服役,曾於1646年~1676年間任馬德堡市市長。這時他一方面從政,一方面從事自然科學的研究。他於1650年發明了活塞式真空泵,並利用這一發明於1657年設計並進行了著名的馬德堡半球實驗,展示了大氣壓的大小並推翻了之前亞里士多德提出的“自然界厭惡真空”(horror vacui)的假說。

結論

馬德堡半球實驗證明:大氣壓強是存在的,並且十分強大。實驗中,將兩個半球內的空氣抽掉,使球內的空氣粒子的數量減少、下降。球外的大氣便把兩個半球緊壓在一起,因此就不容易分開了。抽掉的空氣越多,半球所受壓力越大,兩個半球越不容易分開。

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